基于STM32的漢字顯示電路設計

摘" 要：為簡化LED點陣動態顯示漢字控制方式，針對傳統LED點陣動態顯示漢字控制方法存在控制復雜、控制器要求高、耗電亮大等缺點，提出一種改進的LED點陣動態顯示控制方法，在分析LED點陣動態顯示控制方法的原理基礎上，基于STM32控制LED點陣動態顯示4個16×16的漢字顯示電路設計，重點對LED點陣動態顯示方法中各個模塊的實現進行詳細介紹，并進行電路實驗驗證電路。實驗證明，系統采用6根地址線，5個SM74HC595芯片成功顯示4個16×16的漢字，顯示數據無閃爍，顯示數據清晰、動態響應高。

關鍵詞：LED;STM32;動態顯示;漢字顯示;74HC595;

中圖分類號：TP391.44" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）11-0041-04

Abstract： In order to simplify the LED dot matrix dynamic display Chinese character control method， an improved LED dot matrix dynamic display control method is proposed to solve the shortcomings of the traditional LED dot matrix dynamic display Chinese character control method such as complex control， high controller requirements， and high power consumption. Based on the analysis of the principle of the LED dot matrix dynamic display control method， based on the STM32， the LED dot matrix dynamic display control method is controlled to display four 16×16 Chinese character display circuits， Focus on the implementation of each module in the LED dot matrix dynamic display method is introduced in detail， and circuit experiments are carried out to verify the circuit. Experiments have proved that the system uses 6 address lines and 5 SM74HC595 chips successfully display 4 16×16 Chinese characters. The display data has no flicker， and the display data is clear and has high dynamic response.

Keywords： LED; STM32; dynamic display; Chinese character display; 74HC595

隨著社會的不斷進步與發展，LED燈廣告牌在火車站、教學樓、醫院等場所隨處可見，這對LED燈廣告行業及智能控制和控制電路提出了新的要求[1-2]。其中，亮度清晰、無閃爍、控制方式簡單、成本低的LED點陣漢字顯示對LED廣告行業的進一步提高起到了重要作用。

目前來看，LED點陣漢字顯示仍然普遍采用傳統控制方式，包括單片機直接控制法、單片機與74HC245D芯片間接控制法。這些傳統控制LED點陣的方法對控制器的要求高，尤其對控制外設要求多的產品，如智能停車顯示牌、店鋪門頭LED顯示牌極其不利，控制器既要有足夠的地址線驅動LED點陣顯示，又要有足夠的地址線執行其他任務。從長遠來看，傳統的LED點陣顯示方法不利于行業一體化、智能化發展。與此同時，蔣中榮等[3-4]學者提出的基于FPGA的 LED點陣控制方法可以實現漢字的清晰顯示，然而此方法對控制器的要求較高，顯示一個16×16漢字要用32個地址線，4個LED驅動芯片，資源浪費較嚴重，故成本高。

針對傳統方法和基于FPGA 的點陣控制方法的局限性，本文設計了改進LED點陣漢字動態顯示控制系統，使得LED點陣漢字顯示系統對控制器的要求降低，控制算法復雜性降低，整個系統更利于一體化，微型化和智能化。

1" 系統整體設計

LED點陣顯示系統結構由16塊8×8共陰極LED點陣組成4塊16×16的LED點陣屏、STM32F103C6T6單片機、時鐘電路、電源電路、SWD調試電路、列控制電路、行控制電路、頁控制電路及開關電路組成[5]。其整個系統的硬件框圖如圖1所示。

將要顯示的漢字數據下載到STM32的Flash中，LED點陣顯示的漢字隨著Flash中的數據變化也將發生變化。行控制、列控制與頁控制采用的是明微公司生產的SM74HC595芯片級聯而成。SM74HC595芯片具備三態輸出功能，3根地址線串行輸入數據，1根地址線串行輸出數據，8根同步輸出端，STM32與SM74HC595芯片之間采用串行通信，將顯示數據與控制數據發送到SM74HC595芯片存儲器中。SM74HC595芯片在RCK為上升沿時將顯示數據經開關電路傳遞到LED點陣屏上。本系統具有可擴展化，在原有電路基礎可直接再安裝4個16×16的LED點陣，漢字顯示靈活，提高產品的適用范圍。

主控芯片需要穩定的時鐘信號才能正常運行，時鐘來源有四路，系統采用高速的外部時鐘，其晶振頻率為8 Mhz，時鐘頻率經倍頻后為72 MHz[6]。通過SWD在線下載電路，將程序下載到STM32F103中，STM32讀取內部Flash中的程序，控制LED點陣顯示。LED點陣顯示分為靜態顯示和動態掃描顯示，系統采用動態掃描方式控制LED點陣屏顯示數據，實現6個地址線控制顯示4個16×16的漢字[7]。

2" 硬件電路設計

2.1" 點陣屏控制電路設計

SM74HC595芯片是一種具備8位串行輸入、8位串/并行輸出、8位鎖存、串并移位寄存器，數據在SCK的上升沿輸入，在RCK的上升沿進入存儲寄存器，最大輸出電流35 mA。級聯芯片之間采用串行輸出QH1進行數據傳輸，數據穩定接收時間不超過50 ns，因而傳輸數據快且使用簡單。SM74HC595正常工作必須外接104瓷片濾波電容，復位端（10號引腳）接5 V，使能端（13號引腳）接地。STM32的數據僅通過6根地址控制5個SM74HC595芯片，完成顯示數據的發送和控制命令的執行。SM74HC595芯片的行控制輸出端與SS8050三極管集電極相連，頁控制輸出端和列控制輸出端分別與SS8050三極管基極和LED點陣陽極相連。行控制電路負責選中要顯示數據的行位置，列控制電路負責將數據發到位置對應的列，頁控制電路負責選擇要顯示的LED點陣屏。4個LED點陣屏采用動態掃描方式同時顯示4個漢字，既要滿足人眼識別最小刷新率又要保證SM74HC595數據穩定接收，每個漢字顯示時間基本相同，漢字的刷新率與顯示漢字的個數成正比[8]（圖2）。

2.2" LED點陣顯示電路設計

SS8050的最大工作電流1.5 A、最大轉頻率100 Mhz、基極電流最大放大100倍數的NPN三極管，通過控制基極電壓，實現開關的通斷，因而控制簡單，使用方便。SS8050的基極外接10 K電阻，限制基極流向發射集電流過大，造成短路現象。當基極有電流時，SM74HC595芯片輸出的電流經SS8050集電極輸出致LED點陣，點亮LED點陣屏，基極無電流時，SS8050處于關斷狀態，無電流流過與發射集相連的LED點陣。通過控制SS8050基極電壓，實現4塊LED點陣按順序一次點亮，顯示漢字。LED點陣硬件顯示電路如圖2所示。

共陰極LED點陣是一種非線性元件，由64個LED燈按照一定規則組成8×8 LED點陣模塊，最大工作電流20 mA，最大工作電壓3.2V[9]。LED燈對電流非常敏感，7 mA的電流就能正常發光。4個8×8的LED點陣模塊組裝在一起，可顯示1個16×16的漢字，實驗共顯示4個漢字，每個LED點陣控制電路一樣，最大可同時顯示8個漢字。

3" 軟件設計

3.1" 系統軟件設計

邏輯控制的難易程度取決于LED點陣同時顯示4個16×16的漢字的掃描方式，系統采用動態掃描，即先在一個16×16的LED點陣中進行掃描，完成一個漢字顯示后再進行LED點陣頁掃描。掃描的快慢直接影響LED點陣顯示是否出現閃爍，因此邏輯控制的執行必須快[9]。系統主流程圖如圖3所示。

3.2" 漢字顯示文件創建

漢字在LED點陣上顯示，必須轉為機器能夠識別的二進制語言。首先要將漢字轉為由16進制組成的數組，存放在Keil uVison5開發環境中，生成HEX文件下載到STM32的Flash中。一般漢字采用PCtoLCD2002.exe進行漢字取模，例如將“電子技術”轉換為16進制文件，先配置軟件為C51格式，逆向陰碼，逐行式，輸入對應的漢字，即可獲取顯示數據，操作方便，使用簡單。

4" 實驗測試

為了驗證基于STM32所控制的LED點陣系統實際效果，本文采用圖2和圖3所設計的電路，制作了控制LED點陣同時顯示4個16×16的漢字點陣，實驗LED點陣電路顯示板如圖4（a）所示。4個16×16 的LED點陣依次顯示“電子技術”，顯示結果如圖4（b）所示。實驗結果表明，采用系統控制LED點陣顯示漢字，顯示內容清晰、亮度適中、無閃爍現象。若減少邏輯控制中的延時函數，LED點陣亮度會提高。

LED點陣顯示漢字動態掃描頻率不能低于50 Hz，最好高于60 Hz，系統顯示4個漢字最大顯示動態掃描頻率為125.234 Hz，在該掃描頻率下LED燈無明顯變暗，顯示內容正常。

5" 結束語

本文以同時顯示4個16×16的LED點陣漢字為例，論述了改進的LED點陣漢字動態顯示控制方法。實驗結果表明本文采用的LED點陣漢字顯示方法，充分說明LED點陣漢字顯示采用6個地址線，5個SM74HC595及S8050開關電路就可以同時顯示4個漢字，顯示內容無閃爍、清晰可見。實驗結果有利于LED點陣屏廣告顯示朝著一體化、微型化發展。

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